Cámaras de ionización

cámara de ionización
  • Nombre: Cámaras de ionización.
  • Constructor/Marca: Le materiel Radiologique / S. C. P. Ch. París
  • País: Francia.
  • Datación: c. 1900
  • Ubicación actual: Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN).

Descripción

En esta ficha describimos dos instrumentos procedentes del antiguo Laboratorio de Radiactividad de Madrid.

Cámara de ionización

Se trata de la cámara de ionización (MNCN-1A029) y del Electroscopio de Curie con cámara de ionización incorporada (MNCN-1A024) ambos instrumentos pertenecen ala colección del MNCN y pudieron ser vistos con motivo de la exposición-homenaje a la científica Marie Curie realizada en dicho Museo.
Estos aparatos se utilizaban para medir el nivel de radiactividad de una muestra y constaban siempre de dos placas en montaje paralelo entre las que se colocaba una sustancia radiactiva.

Becquerel fue el primero que publicó la capacidad que tenía la radiacción uránica para ionizar los gases y hacerlos conductores. Esta determinación formaba parte de su programa de investigación, basádo en la hipótesis de trabajo de que las sales de uranio emitían, por fluorescencia, una radiacción semejante a los rayos de Roentgen; como los rayos X ionizaban a los gases, era de esperar que los rayos uránicos tambien lo hicieran. La hipótesis fue desechada cuando observó que la radiacción era sensible a los campos magnéticos, al menos parcialmente, característica que los rayos X no presentaban.

Cuando Marie Curie planteó su tesis, basándose en ese fenómeno, comenzó a diseñar determinaciones cuantitativas del fenómeno de la radiactividad, que todavía no se conocía con ese nombre.

    "Me pareció que lo primero que debía hacer era realizar medidas precisas del fenómeno. Y para ello decidí utilizar la propiedad de los rayos que producía la descarga del electroscopio. No obstante, en vez de utilizar el electroscopio normal use un aparato de más precisión".

Cámara de ionización con electroscopio

Para entender la última frase del párrafo anterior, conviene conocer el proceso de medida de actividad con electroscopio, al que se refiere, y que es el normalmente utilizado.

Para ello  describiremos, a continuación, el funcionamiento de la cámara de ionización con electroscopio incorporado (MNCN-1A024) construido de acuerdo con los planos y dirección de Pierre Curie hacia 1898.

El instrumento fue manufacturado por la Societé Centrale de Produits Chimiques, justo cuando Marie Curie comenzaba a trabajar en radiactividad.

Esquema Electroscopio de Curie

En el artículo firmado por C. Cheneveau, Preparateur á l aFaculté de Sciences de Paris, titulado Méthode et appareils de mesure de la radioactivité, publicado en 1904 (ver bibliografía) podemos ver tanto el dibujo del aparato como su esquema (Figura 1).

En el corte esquemático se distinguen las dos placas que forman la cámara de ionización, P y P’. La placa inferior está conectada a tierra y la superior, aislada de la carcasa, se une a la armadura del electroscopio, conectada eléctricamente a un borne B que se utiliza para cargarle por medio de una varilla de vidrio frotada.
Al recibir carga la lámina de oro L’ se separa de la lámina de soporte, L, un ángulo que se utiliza como indicador de la carga del conjunto y, por lo tanto, de su voltaje. Sobre la placa inferior se deposita el polvo del material radiactivo cuya actividad quiere determinarse.

Aunque este electroscopio se describirá con más detalle en otro lugar, queremos citar algunas de sus características.

Su capacidad es de unos 25 picofaradios y, al contar con una aguja móvil bastante pesada, necesita unos miles de voltios para que dicha aguja se separe de la vertical y forma un ángulo de unos 30 grados, óptimo para iniciar el proceso. La carga que adquiere con  2000 voltios es del orden de los  5·10-8 Culombios (50 nanoculombios), excesiva para realizar determinaciones precisas de muestras poco radiactivas.

La medida de la radiactividad de las muestras se estimaba a partir de la velocidad de descarga del electroscopio; pero al no contar con una lupa con ocular micrométrico  el resultado no era de mucha precisión.

Esquema del montaje de Rutherford

A pesar de los inconvenientes de este método, Rutherford lo utilizó por esa misma época, aunque utilizando un electrómetro de cuadrantes en lugar del electroscopìo de aguja (Figura 2).

Los inconvenientes de este aparato, que sin duda indujeron a Marie a desecharlos, fue la variación de tensión, de unos miles de voltios, que se produce en la cámara de ionización al comenzar la medida y de unos pocos centenares de voltios cuando finaliza. Además, es difícil cuantificar la corriente de descarga, ya que la capacidad del electroscopio varía al cambiar la posición de la aguja.

Por esa razón Marie Curie utilizó, nos señala, “un aparato de más precisión”.

El instrumento al que se refería era el compuesto por una cámara de ionización y un electrómetro de cuadrantes, como el de Rutherford, al que se añade un generador piezoeléctrico de Curie como  fuente de carga, y cuyo papel es mantener la placa superior de la cámara de ionización a una tensión de 0 voltios durante todo el proceso de medida. Pero esto lo trataremos cuando se describa  su experimento en detalle.
De la lectura de los cuadernos de laboratorio de los trabajos de tesis parece deducirse que se utilizaron varios tipos de cámaras, por lo que describiremos lo esencial de todas ellas.

Constaban de dos placas circulares de latón, la superior de unos  ocho centímetros de diámetro, con un anillo de guarda del orden de 2 centímetros que extendía el círculo de este electrodo hasta los 10 centímetros de diámetro. El electrodo inferior estaba constituido por una placa circular del mismo diámetro que el del anillo de guarda. Ambos electrodos estaban separados por una distancia de unos cinco centímetros.Esta descripción es la que corresponde a la que hace  Marie en su tratado de la radiactividad.

Las cámaras de ionización con anillo de guarda están destinadas a utilizarse con un electrómetro de cuadrantes (o de una sensibilidad parecida) y con un generador de carga piezoeléctrico, como hemos indicado antes.

La placa inferior de la cámara se conecta a un potencial de unos 100 voltios negativos (tensión de saturación de la corriente para ionizaciones primarias), y sobre esta placa se coloca una cantidad bien determinada de polvo de la sustancia radiactiva cuya actividad se desee medir. La placa superior de la cámara se conecta al electrómetro que, en este caso funciona como un indicador del voltaje de la placa, y que como hemos dicho, debe mantenerse a potencial nulo. Por esa razón el anillo de guarda estaba conectado a tierra.
Ambas placas se encuentra aisladas y soportadas por pasamuros de ebonita, y en un recinto que se apantalla mediante un cilindro metálico, que en la figura se encuentra en su lugar de trabajo.


cámara de ionización
Museo Virtual de la Ciencia del CSIC. Aparatos e Instrumentos Científicos del CSIC. Cámaras de ionización.
Autores de la Ficha: J.M. López Sancho / Esteban Moreno Gómez
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